DE102014108719A1 - Verfahren zum Antreiben eines Hybridfahrzeuges und Antriebsstrang für ein Hybridfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung hat ein Verfahren zum Antreiben eines Hybridfahrzeuges, umfassend eine Verbrennungskraftmaschine (1, 2, 3) mit einem vorgegebenen Ladedruck, eine rotierende Elektromaschine (6) und einen Abgasturbolader (4, 5), mit den folgenden Merkmalen zum Gegenstand: Bei Vorliegen einer vorgegebenen Betriebsbedingung des Hybridfahrzeuges gibt die Verbrennungskraftmaschine (1, 2, 3) eine teilweise von der Elektromaschine (6) aufgenommene mechanische Grundleistung ab, sodass der Abgasturbolader (4, 5) den Ladedruck aufrechterhält, und die Betriebsbedingung umfasst ein Unterschreiten einer vorgegebenen Lastanforderungsschwelle des Hybridfahrzeuges. Die Erfindung hat ferner einen zur Durchführung einen derartigen Verfahrens eingerichtete Antriebsstrang (10), ein entsprechendes Computerprogramm sowie ein maschinenlesbares Speichermedium mit einem solchen Computerprogramm zum Gegenstand.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner einen zur Durchführung eines derartigen Verfahrens eingerichteten Antriebsstrang, ein entsprechendes Computerprogramm sowie ein maschinenlesbares Speichermedium mit einem solchen Programm.
  • Stand der Technik
  • Ein Hybridfahrzeug oder Hybridelektrofahrzeug (englisch hybrid electric vehicle, HEV) ist ein Kraftfahrzeug, das von mindestens einer rotierenden Elektromaschine sowie einer weiteren Kraftmaschine, in der Regel einer Verbrennungskraftmaschine, angetrieben wird. Es bezieht die für seinen Antrieb benötigte Energie aus einem im Fahrzeug befindlichen elektrischen Energiespeicher und einem Betriebskraftstofftank. In Abhängigkeit von der an den Antriebsstrang gestellten Lastanforderung kann die Elektromaschine dabei wahlweise als Elektromotor oder elektrischer Generator betrieben werden, um etwa den Energiespeicher aufzuladen. Derartige Lastwechsel lassen sich beispielsweise durch ein im Fahrzeug verbautes und mit beiden Maschinen verbundenes Steuergerät koordinieren.
  • Mit Kolbenmotoren ausgerüstete Hybridfahrzeuge werden zur Leistungs- oder Effizienzsteigerung teilweise mit einem Abgasturbolader (ATL) ausgestattet, um mittels eines durch eine Abgasturbine angetriebenen Verdichters den Luftdurchsatz zu erhöhen oder die Ansaugarbeit des Kolbens zu verringern. Derartige Hybridfahrzeuge sind etwa aus WO 2009/136994 A1 oder US 2005/0050887 A1 bekannt.
  • Als problematisch erweist sich das Ansprechverhalten herkömmlicher Abgasturbolader in Phasen geringer Lastanforderung des Fahrzeuges. Durch die niedrige Drehzahl des Verbrennungsmotors vermag der Verdichter hier nicht den vorgesehenen Ladedruck aufrechtzuerhalten. Um dieser umgangssprachlich als „Turboloch“ bezeichneten Erscheinung entgegenzuwirken, schlagen etwa DE 10 2012 201 111 A1 und US 2012/0029749 A1 vor, die Aufladung der Verbrennungskraftmaschine elektromotorisch zu unterstützen.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die Erfindung geht aus von einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einem Antriebsstrang mit den Merkmalen des Anspruchs 5, einem Computerprogramm mit den Merkmalen des Anspruchs 6 sowie einem Speichermedium mit den Merkmalen des Anspruchs 7.
  • Ein Vorzug dieser Lösung liegt in der innovativen Nutzung von Komponenten gattungsgemäßer Hybridfahrzeuge, um deren Ansprechverhalten im verbrennungsmotorischen Betrieb maßgeblich zu verbessern. Da der Abgasturbolader bereits bei geringer Lastanforderung mit vergleichsweise hoher Drehzahl betrieben werden kann, entfaltet das Fahrzeug bei plötzlichem Lastwechsel sogleich eine hohe Antriebsleistung.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. So kann die für das beschriebene Verhalten maßgebende Betriebsbedingung ferner eine Auswahl eines vorgegebenen Betriebsmodus des Hybridfahrzeuges umfassen. Der Fahrer kann auf diese Weise etwa zwischen einem konventionellen Betriebsmodus wählen, in welchem er einen vorübergehenden Saugbetrieb der Verbrennungskraftmaschine zugunsten eines verminderten Kraftstoffverbrauchs als akzeptabel erachtet, und einem sportlichen Betriebsmodus, in welchem dem Ansprechverhalten des Hybridfahrzeugs der Vorrang eingeräumt werden soll.
  • Die Elektromaschine kann dabei mittels der teilweise aufgenommenen Grundleistung der Verbrennungskraftmaschine den elektrischen Energiespeicher des Hybridfahrzeuges aufladen. So wird nicht nur der angestrebte Ladedruck der Verbrennungskraftmaschine gewährleistet, sondern die hierzu verrichtete mechanische Arbeit zugleich in Form elektrischer Energie für den späteren Verbrauch gespeichert.
  • Die Betriebsbedingung kann auch ein vorgegebenes Ladezustandsfenster des Energiespeichers umfassen. Bei vollständig geladenem Energiespeicher kann auf diesem Wege etwa auf das verbesserte Ansprechverhalten verzichtet werden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
  • 1 zeigt den schematischen Aufbau eines Antriebsstranges gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • 1 illustriert in einer vereinfachten Darstellung den Antriebsstrang 10 eines Hybridfahrzeuges. Ähnlich einem herkömmlichen Hybridfahrzeug umfasst der Antriebsstrang 10 dabei eine Verbrennungskraftmaschine 1, 2, 3 mit einem vorgegebenen Ladedruck und eine rotierende Elektromaschine 6 sowie einen pneumatisch mit der Verbrennungskraftmaschine 1, 2, 3 verbundenen Abgasturbolader 4, 5 zum Aufrechterhalten des besagten Ladedrucks. Die Verbrennungskraftmaschine 1, 2, 3 und die Elektromaschine 6 leiten dabei entweder jeweils einzeln oder gemeinsam Leistung in eine Eingangswelle 9 eines Getriebes ein, um wenigstens eine Achse des Hybridfahrzeuges anzutreiben.
  • Darüber hinaus umfasst der Antriebsstrang 10 ein mit der Verbrennungskraftmaschine 1, 2, 3, der Elektromaschine 6 sowie beispielsweise über einen Inverter 8 mit dem Abgasturbolader 4, 5 verbundenes Steuergerät zum Ansteuern dieser Bauteile in Abhängigkeit von einer Lastanforderung des Hybridfahrzeuges. Dieses Steuergerät 8 ist derart konfiguriert, dass bei Vorliegen einer vorgegebenen Betriebsbedingung des Hybridfahrzeuges die Verbrennungskraftmaschine 1, 2, 3 eine ausreichende mechanische Grundleistung abgibt, um die Aufrechterhaltung des Ladedruckes durch den Abgasturbolader 4, 5 zu gewährleisten. Diese vergleichsweise hohe Leistung wird zu einem Großteil durch die als Generator betriebene Elektromaschine 6 in elektrischen Strom umgesetzt und dem elektrischen Energiespeicher des Hybridfahrzeuges zugeführt. Lediglich eine der Lastanforderung entsprechend geringe Leistung wird an der Eingangswelle 9 des Getriebes bereitgestellt. Indem an der Verbrennungskraftmaschine 1, 2, 3 diese hohe Leistung eingestellt wird, wird der Abgasturbolader 4, 5 stark beschleunigt und entsprechender Ladedruck aufgebaut. Wenn nun ein starker Beschleunigungswunsch durch den Fahrer des Hybridfahrzeuges angefordert wird, kann die Verbrennungskraftmaschine 1, 2, 3 sofort die hohe Leistung liefern, da der Abgasturbolader 4, 5 bereits mit hoher Drehzahl betrieben wird.
  • Es versteht sich, dass die in 1 dargestellte mechanische Kopplung der Verbrennungskraftmaschine 1, 2, 3 mit der Elektromaschine 6 über die gemeinsame Eingangswelle 9 keineswegs ein unabdingbares Merkmal der Erfindung darstellt. So könnte sich eine alternative Ausführungsform, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, beispielsweise zweier getrennter Achsen bedienen, von denen eine ausschließlich durch die Verbrennungskraftmaschine 1, 2, 3, die andere hingegen ausschließlich durch die Elektromaschine 6 angetrieben wird. Das erörterte Wirkprinzip der Erfindung bliebe in dieser Abwandlung unberührt, da eine Übertragung der von der Verbrennungskraftmaschine 1, 2, 3 verrichteten Arbeit auf die Elektromaschine 6 hier – im Betrieb des Hybridfahrzeuges – über die beiden Achsen gemeinsame Fahrbahn ermöglicht würde.
  • Die oben genannte Betriebsbedingung umfasst dabei jedenfalls das Unterschreiten einer der Grundleistung entsprechenden Lastanforderungsschwelle des Hybridfahrzeuges, da die Verbrennungskraftmaschine 1, 2, 3 die für den Ladedruck erforderliche Leistung andernfalls ohnehin an die Eingangswelle 9 des Getriebes abgibt, um der Lastanforderung zu genügen. Die Betriebsbedingung kann daneben aber durchaus weitere Teilbedingungen berücksichtigen. So kann das Verfahren etwa in einem speziellen Betriebsmodus des Hybridfahrzeuges vorgesehen sein, beispielsweise im Sportmodus. Auch ein mögliches Ladezustandsfenster des Energiespeichers kann in die Betriebsbedingung einfließen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2009/136994 A1 [0003]
    • US 2005/0050887 A1 [0003]
    • DE 102012201111 A1 [0004]
    • US 2012/0029749 A1 [0004]

Claims (7)

  1. Verfahren zum Antreiben eines Hybridfahrzeuges, umfassend eine Verbrennungskraftmaschine (1, 2, 3) mit einem vorgegebenen Ladedruck, eine rotierende Elektromaschine (6) und einen Abgasturbolader (4, 5), gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – bei Vorliegen einer vorgegebenen Betriebsbedingung des Hybridfahrzeuges gibt die Verbrennungskraftmaschine (1, 2, 3) eine teilweise von der Elektromaschine (6) aufgenommene mechanische Grundleistung ab, sodass der Abgasturbolader (4, 5) den Ladedruck aufrechterhält, und – die Betriebsbedingung umfasst ein Unterschreiten einer vorgegebenen Lastanforderungsschwelle des Hybridfahrzeuges.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsbedingung ferner eine Auswahl eines vorgegebenen Betriebsmodus des Hybridfahrzeuges umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (6) mittels der teilweise aufgenommenen Grundleistung einen elektrischen Energiespeicher des Hybridfahrzeuges auflädt.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsbedingung ferner ein vorgegebenes Ladezustandsfenster des Energiespeichers umfasst.
  5. Antriebsstrang (10) für ein Hybridfahrzeug, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – eine Verbrennungskraftmaschine (1, 2, 3) mit einem vorgegebenen Ladedruck und eine rotierende Elektromaschine (6) zum Antreiben des Hybridfahrzeuges, – einen pneumatisch mit der Verbrennungskraftmaschine (1, 2, 3) verbundenen Abgasturbolader (4, 5) zum Aufrechterhalten des Ladedrucks und – ein Steuergerät (8) zum Ansteuern zumindest der Verbrennungskraftmaschine (1, 2, 3) und der Elektromaschine (6) in Abhängigkeit von einer Lastanforderung des Hybridfahrzeuges, derart konfiguriert, dass bei einem Unterschreiten einer vorgegebenen Lastanforderungsschwelle des Hybridfahrzeuges die Verbrennungskraftmaschine (1, 2, 3) eine teilweise von der Elektromaschine (6) aufgenommene mechanische Grundleistung abgibt, sodass der Abgasturbolader (4, 5) den Ladedruck aufrechterhält.
  6. Computerprogramm, welches dazu eingerichtet ist, alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 durchzuführen.
  7. Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 6.
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